Termal arayüz malzemesinin termoelektrik jeneratör performansına etkisinin nümerik incelenmesi

Abstract

Termal arayüz malzemeleri çoğunlukla mikroelektronik, güç elektroniği ve LED aydınlatma alanlarında uygulanmaktadır. Daha az araştırılmış olmasına rağmen, termal arayüz malzemeleri uygulamasının bir diğer önemli alanı da termoelektrik jeneratörlerdir. Termoelektrik jeneratörler temel olarak sıcaklık farkından yararlanılarak elektrik üretimini sağlamaktadırlar ve özellikle atık ısı geri kazanımında uygulaması her geçen gün daha fazla ilgi görmektedir. Bu çalışmada, literatürdeki çalışmalardan farklı olarak termal arayüz malzemelerinin termoelektrik jeneratörün performansı üzerindeki etkisini dikkate alarak nümerik hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın nümerik sonuçları literatürden elde edilmiş deneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır. Çalışma parametreleri olarak farklı sıcak yüzey sıcaklıklarında (75°C, 80°C, 85°C, 90°C, 95°C) farklı ısı iletim katsayılarına (2 W/m•K, 2.5 W/m•K ve 3 W/m•K) ve kalınlığa (0.1 mm, 0.2 mm, 0.5 mm, 0.75 mm ve 1 mm) sahip termal macunlar irdelenmiş ve bu parametrelerin termoelektrik jeneratör performansına olan etkisi incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde 0.5 mm termal macun kalınlığında deneysel ve nümerik sonuçların iyi uyum sağladığı tespit edilmiştir. Bu kalınlıkta maksimum açık devre voltajı, yükteki voltaj, akım, güç çıktı değerleri 95°C sıcak yüzey sıcaklığında ve 3 W/m•K termal iletkenlik katsayısı durumunda meydana gelmiştir. Bu şartlarda maksimum açık devre voltajı ve güç çıktısı deneysel olarak sırasıyla 4.60 V ve 0.84 W değerlerinde iken, nümerik olarak 4.32 V ve 1.23 W olarak hesaplanmıştır. Tüm analizlerde sıcaklık farkı ve termal macun ısı iletim katsayısı artışı termoelektrik jeneratörün güç çıkışını arttırmış, termal macun kalınlığının artması ise güç çıkışını azaltmıştır.